USB3.1设备抑制辐射噪声的设计方案

最初，USB是作为连接计算机和外围设备的数字接口而开发的，现在被广泛用作包括移动设备和物联网的通用接口。

最初的传输速度最大为12 Mbps的USB 2.0现在最大已经变成480 Mbps，而最新的USB 3.1 gen 1的最大速度为5 Gbps。 同时，Type-C连接器也提高了可用性和电源容量，也为连接器设置了便捷的形状，使其更易于使用。

01 USB3.1设备的噪声状况

USB3.1设备的辐射噪声是怎样的？

看似跟USB3.1 gen1相似的噪声状况，将USB 3.0 的PC连接到外部HDD，并观察到它产生的噪声。 （图1）

虽然这里使用TypeA-TypeB和TypeC-TypeC作为连接电缆，但两种噪声水平都低于不必要的辐射噪声的调节值，并且没有出现问题。

图1：USB3.0功能的辐射噪声

那么是否有必要对USB 3.1设备采取静噪对策？

实际上，针对不必要的辐射等噪声调节以外，还有其他的必须要采取静噪对策的理由。

02 USB3.1 设备的噪声问题

最近由于电子设备内置的通信功能在增加。

代表性的例如智能手机。由于在智能手机这样狭窄的空间中内置了各种数字电路，这些电路中会发生数字噪声。

当此噪声进入智能手机的天线时，混杂着来自基站的无线电波的噪声，使接收灵敏度降低。

通常，对于从数字基板直接进入天线的噪声会有相应的对策，但是由于智能手机中连接了USB等接口电缆，该电缆成为了放射源，导致进入天线的噪声增加从而使接收灵敏度降低。

图2：连接USB电缆通话

图3是在简易的测试环境下测试出的进入LTE接收器部分天线的噪声。

通过连接USB电缆，导致噪声水平增加了将近20dB。

图3：连接USB电缆前后进入天线的噪声的对比

03 USB3.1 设备的静噪对策

USB3.1 设备的静噪对策中连接部分使用静噪滤波器会很有效。

但是，由于高速差分信号在信号线中流动，因此在使用滤波器时必须要注意，以免损害该信号质量。

共模噪声滤波器作为静噪滤波器的一种，可以有效地消除共模噪声，这是辐射噪声的主要原因，对差分信号几乎没有影响。 将本公司的USB 3.1用共模噪声滤波器插入差分信号线。（图4）

图4：为共模噪声滤波器插入的地方

使用共模噪声滤波器的结果如图5所示，进入天线的最大噪声改善10dB。

图5：通过共模噪声滤波器来降低噪声的效果

有关USB3.1Gen1推荐的共模噪声滤波器，请参考以下链接。

USB3.1Gen1推荐的共模噪声滤波器

1.NFP0QHB372HS2

2.NFP0QHB542HS2

04 追加对策① 地平面强化

为了进一步改善，我们还采取了静噪滤波器以外的对策。

在USB线中，由于信号在差分传输中是双绞线，因此它原本是一种难以辐射噪声的结构。

但是，如果电缆屏蔽部分有噪声，可能会从这里发射噪声。 因此我们采取了地平面强化的对策。

在该设备中，最初USB连接器和基板通过一个螺钉和多个手指垫圈连接。

为了使USB连接器框架与智能手机主板接地之间的阻抗较低，将它们与铜箔胶带连接牢固地连接。 图6即效果。

图6：地平面强化的效果

通过进行地平面强化可将噪声水平降低6~8dB的程度。

05 追加对策② 换线

USB线的差异也会引起放射噪声水平的变化。

将设备中最初的USB线换成市售的另一种USB线。

图7为结果。此时，用原先的线时噪声较低，最大的差为10dB左右。因此可见选择适合的线也对噪声对策十分关键。

图7：为不同的线体现的噪声水平差异

06 总结

通过这些对策，如图8所示，天线中进入的噪声最大可降低20dB，LTE的接收灵敏度取决于频带，改善了8dB。

因此，通过连接USB线改善接收水平，是USB设备很难超出范围。

对策内容

插入共模噪声滤波器

地平面强化

选择适合的USB线

图8：为对策结果总结

这次，我们介绍了针对USB 3.1 gen 1噪声对策的噪声对策示例，但除此之外，我们还介绍了适用于高速差分接口噪声对策的共模噪声滤波器/共模扼流线圈。
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